專利名稱：數(shù)據(jù)處理裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)處理裝置及方法，且特別涉及一種可降低執(zhí)行乘加
(Multiply-accumulate, MLA)指令時需使用的寄存器數(shù)量的數(shù)據(jù)處理裝置及方 法。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展日新月異，數(shù)據(jù)處理裝置，例如是可執(zhí)行乘加 (Multiply-accumulate， MLA)運算的微處理器。已被廣泛地應(yīng)用在多種不同應(yīng) 用方面中。
請參照圖1，其繪示乃傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝置的方塊圖。在傳統(tǒng)微處理器100 中，寄存器組(Register Bank)120中的寄存器Rel Re4分別被用來存儲數(shù)據(jù) Pa、 Pb、 Pc及運算數(shù)據(jù)Pd。其中，運算數(shù)據(jù)Pd滿足方程式Pd=PaxPb+Pc
然而，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝置必須使用四個寄存器Rel Re4來執(zhí)行MLA操 作。因此，如何設(shè)計出可使用較少的寄存器來執(zhí)行MLA操作的數(shù)據(jù)處理裝 置為業(yè)界不斷致力的方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一數(shù)據(jù)處理裝置及其方法，其可有效地解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝 置需必須使用四個寄存器來執(zhí)行乘加(Multiply-accumulate, MLA)操作的問 題，而具有可使用較少的寄存器來執(zhí)行MLA操作的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明提出一種數(shù)據(jù)處理裝置，包括寄存器組(Register Bank)、 影子寄存器(Shadow Register)及操作單元。寄存器組包括多個寄存器，用以 分別存儲多個操作數(shù)(Operand)。寄存器中包括第一寄存器，操作數(shù)中包括第 一操作數(shù)。其中，這些寄存器為n位寄存器，n為自然數(shù)。影子寄存器用以 響應(yīng)于第一控制信號來對第一操作數(shù)進行備份，以得到并存儲第一備份操作 數(shù)。其中，第一操作數(shù)被存儲在第一寄存器中。操作單元用以響應(yīng)于算術(shù)操 作指令來對操作數(shù)執(zhí)行至少 一算術(shù)操作以得到運算數(shù)據(jù)，并存儲運算數(shù)據(jù)至第一寄存器中。
根據(jù)本發(fā)明提出一種數(shù)據(jù)處理方法，包括下列的步驟首先，提供寄存 器組，其中包括多個寄存器，用以分別存儲多個操作數(shù)。其中這些寄存器中
包括第一寄存器，操作數(shù)中包括第一操作數(shù)；接著，響應(yīng)于第一控制信號來 對第一操作數(shù)進行備份，以得到并存儲第一備份操作數(shù)。其中，第一操作數(shù) 存儲于第一寄存器中；接著，響應(yīng)于運算操作指令來對這些操作數(shù)執(zhí)行至少 一運算操作，以得到運算數(shù)據(jù)；之后，存儲運算數(shù)據(jù)于第一寄存器中。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合 所附附圖，作詳細說明如下


圖1繪示乃傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝置的方塊圖。 圖2繪示依照本發(fā)明第一實施例的數(shù)據(jù)處理裝置的方塊圖。 圖3繪示依照本發(fā)明第一實施例的數(shù)據(jù)處理方法的流程圖。 圖4繪示依照本發(fā)明第二實施例的數(shù)據(jù)處理裝置的方塊圖。 圖5繪示依照本發(fā)明第三時失利的數(shù)據(jù)處理裝置的方塊圖。 圖6繪示依照本發(fā)明第三實施例的數(shù)據(jù)處理方法的流程圖。主要元件符號說明
100:微處理器 120、 12、 12，寄存器組 Rel Re4、 Rl Rm:寄存器 Pa、 Pb、 Pc:數(shù)據(jù) Pd、 Qd、 Qd，運算數(shù)據(jù) 10、 10，、 20:數(shù)據(jù)處理裝置 14、 14，影子寄存器 16、 16，、 16":運算操作單元 18、 18，:邏輯單元
Qa、 Qb、 Qc、 Qa，、 Qb，、 Qc，、 Qe:操作數(shù) Qrl、 Qr2:備份操作數(shù)
具體實施方式
第一實施例
請參照圖2,其繪示依照本發(fā)明第一實施例的數(shù)據(jù)處理裝置的方塊圖。
數(shù)據(jù)處理裝置10包括寄存器組(Register Bank)12、影子寄存器(Shadow Register)14及運算操作單元16。寄存器組12包括多個寄存器，這些寄存器 分別用以存儲多個操作數(shù)。影子寄存器14用以響應(yīng)于第一控制信號來對這 些操作數(shù)中的第一操作數(shù)進行備份，并存儲第一備份操作數(shù)。第一操作數(shù)被 存儲在這些寄存器中的第一寄存器中。運算操作單元16用以響應(yīng)于運算操 作指令來對這些寄存器中的操作數(shù)執(zhí)行至少一個運算操作，以得到運算數(shù)據(jù) Qd，并將運算數(shù)據(jù)Qd存儲在第一寄存器中。接下來，以數(shù)據(jù)處理裝置10 為乘力口(Multiply-accumulate, MLA)運算單元的情形為例作說明。
舉例來說，寄存器組12中包括寄存器R1 R3，寄存器R1 R3分別用以 存儲操作數(shù)Qa、 Qb及Qc。寄存器R1 R3為n位的寄存器，其中n為自然 數(shù)。乘加運算單元用以對操作數(shù)Qa、 Qb及Qc執(zhí)行一個相乘運算及一個累 加運算。舉例來說，乘加運算單元執(zhí)行運算Qd=QaxQb+Qc。之后，乘加 運算單元輸出運算數(shù)據(jù)Qd至寄存器R3,并將運算數(shù)據(jù)Qd存儲于寄存器R3 中，以完成乘加運算。
在運算數(shù)據(jù)Qd被存儲在寄存器R3之前，需對原本存儲在寄存器R3中 的操作數(shù)Qc進行備份，以避免操作數(shù)Qc被覆寫。影子寄存器14用以在乘 加運算單元存儲運算數(shù)據(jù)Qd至寄存器R3之前，響應(yīng)于控制信號SC1對操 作數(shù)Qc進行備份，以得到并存儲備份操作數(shù)Qrl(未繪示)。備份操作數(shù)Qrl 實質(zhì)上等于操作數(shù)Qc。如此，當(dāng)運算數(shù)據(jù)Qd被存儲到寄存器R3中時，操 作數(shù)Q3仍可有效地被保存。
請參照圖3，其繪示依照本發(fā)明第一實施例的數(shù)據(jù)處理方法的流程圖。 首先，如步驟(a),提供包括寄存器R1 R3的寄存器組12,其中，寄存器R1 R3 分別存儲操作數(shù)Qa、 Qb及Qc。接著，如步驟(b),影子寄存器14響應(yīng)于控 制信號SC1對操作數(shù)Qc進行備份，以存儲備份操作數(shù)Qrl 。
接著，如步驟(c),乘加運算單元響應(yīng)于乘加指令來根據(jù)操作數(shù)Qa、 Qb 及Qc產(chǎn)生運算數(shù)據(jù)Qd。之后，如步驟(d),邏輯單元18輸出運算數(shù)據(jù)Qd 至寄存器R3。
在本實施例中雖僅以運算操作單元16為乘加運算單元，乘加運算單元 執(zhí)行運算操作Qd-QaxQb+Qc的情形為例作說明，然而，前述的乘加運算單元不局限于執(zhí)行上述運算操作，而可根據(jù)操作數(shù)Qa、 Qb及Qc執(zhí)行其他 乘加運算操作。本實施例的運算操作單元16亦不局限于為乘加運算單元。 第二實施例
請參照圖4，其繪示依照本發(fā)明第二實施例的數(shù)據(jù)處理裝置的方塊圖。 本實施例的數(shù)據(jù)處理裝置IO，與第一實施例中的數(shù)據(jù)處理裝置不同之處在于 數(shù)據(jù)處理裝置IO，還包括邏輯單元18,來根據(jù)操作數(shù)Qa、 Qb及Qc產(chǎn)生操 作數(shù)Qa，、 Qb，及Qc，。另外，數(shù)據(jù)處理裝置IO，中的運算操作單元16，系執(zhí)行 運算Qd，=Qa，xQb，+Qc，，并輸出運算數(shù)據(jù)Qd，。
邏輯單元18更用以接收運算數(shù)據(jù)Qd，、選擇信號SS1 SS3及控制信號 SC2。邏輯單元18用以響應(yīng)于選擇信號SS1選擇操作數(shù)Qa、 Qb及Qc中其 中之一做為操作數(shù)Qa，、響應(yīng)于選擇信號SS2選擇操作數(shù)Qa、 Qb及Qc其 中的另一做為操作數(shù)Qb，與響應(yīng)于選擇信號SS3選擇操作數(shù)Qa、 Qb及Qc 其中之再一做為操作數(shù)Qc，。 一般來說，邏輯單元18分別以操作數(shù)Qa、 Qb 及Qc做為操作數(shù)Qa，、 Qb，及Qc，輸出。在邏輯單元18自運算操作單元16， 接收運算數(shù)據(jù)Qd，后，邏輯單元18響應(yīng)于控制信號SC2輸出運算數(shù)據(jù)Qd， 至寄存器R3。影子寄存器14用以響應(yīng)于控制信號SC1對操作數(shù)Qc，進行備 份，以存儲備份操作數(shù)Qrl'。 一般來說，備份操作數(shù)Qrl，實質(zhì)上等于寄存器 R3中存儲的操作數(shù)，即備份操作數(shù)Qrl'等于操作數(shù)Qc。
邏輯單元18更接收備份操作數(shù)QiT,并判斷數(shù)據(jù)處理裝置IO，是否欲執(zhí) 行任何需參考操作數(shù)Qc來執(zhí)行的運算操作。當(dāng)數(shù)據(jù)處理裝置IO，執(zhí)行需參考 操作數(shù)Qc的運算操作時，邏輯單元18輸出備份操作數(shù)Qrl，至原先用以存 儲操作數(shù)Qc的寄存器，即是寄存器R3。如此，寄存器R3存儲與操作數(shù)Qc 實質(zhì)上相等的備份操作數(shù)Qrl，，而數(shù)據(jù)處理裝置10可等效地經(jīng)由存取寄存 器R3來存取操作數(shù)Qc，并執(zhí)行此需參考操作數(shù)Qc的運算操作。
在本實施例中雖僅以操作數(shù)Qa，至Qc，分別等于操作數(shù)Qa至Qc的情形 為例作說明，然，操作數(shù)Qa，至Qc，并不局限于為等于操作數(shù)Qa至Qc，而 可透過邏輯單元18根據(jù)對應(yīng)的選擇信號SS1至SS3來分別決定操作數(shù)Qa， 至Qc，。舉例來說，操作數(shù)Qa，、 Qb，及Qc，可分別等于操作數(shù)Qa、 Qc及Qb。
第一及第二實施例中的數(shù)據(jù)處理裝置具有可降低執(zhí)行運算操作時所需 使用的寄存器數(shù)目的優(yōu)點。透過使用影子寄存器14存儲備份操作數(shù)Qrl或 Qrl，，來對原先存儲在寄存器R3中的操作數(shù)Qc進行備份。透過提供根據(jù)操作數(shù)Qa至Qc或Qa，至Qc，運算得到的運算數(shù)據(jù)Qd或Qd，至寄存器R3,第 一及第二實施例中的數(shù)據(jù)處理裝置可僅使用三個寄存器來執(zhí)行運算操作(例 如是乘加運算操作)。因此，相較于繪示于圖1中的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝置需使 用四個寄存器Rei至Re4來執(zhí)行乘加運算操作，第一及第二實施例中的數(shù)據(jù) 處理裝置可有效地降低其所需的寄存器數(shù)量。 第三實施例
請參照圖5，其繪示依照本發(fā)明第三時失利的數(shù)據(jù)處理裝置的方塊圖。 第三實施例的數(shù)據(jù)處理裝置20與第二實施例中的數(shù)據(jù)處理裝置IO，不同之處 在于寄存器組12，更額外地包括寄存器R4至Rm，其中m為大于3之自然數(shù)。 另一個不同之處在于第三實施例的邏輯單元18，在數(shù)據(jù)處理裝置20欲執(zhí)行需 參考操作數(shù)Qc的操作時，傳送運算數(shù)據(jù)Qd，至寄存器R4至Rm其中一。
舉例來說，邏輯單元18，在傳送被存儲在影子寄存器14，中的備份操作數(shù) Qrl，至寄存器R3之前，先傳送先前被存儲在寄存器R3中的運算數(shù)據(jù)Qd， 至寄存器R4。如上所述，備份操作數(shù)Qrl，實質(zhì)上等于先前存儲在寄存器R3 中的操作數(shù)，即是操作數(shù)Qc。之后，存儲在寄存器R1至R4中的數(shù)據(jù)實質(zhì) 上分別等于存儲在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝置(如圖1所示)中寄存器Rel至Re4中的 數(shù)據(jù)。換句話說，在數(shù)據(jù)處理裝置20執(zhí)行運算操作(例如是乘加運算操作) 之后，寄存器R1至R4將分別地存儲操作數(shù)Qa、 Qb、 Qc及運算數(shù)據(jù)Qd，。 如此，寄存器R1至R4與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝置(如圖l所示)中分別用以存儲數(shù) 據(jù)Pa、 Pb、 Pc及運算數(shù)據(jù)Pd的暫存Rel至Re4具有實質(zhì)上相同的寄存器 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這樣一來，數(shù)據(jù)處理裝置20可有效地被用以控制傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理 裝置(如圖1所示)的傳統(tǒng)指令所控制，以存取存儲在寄存器Rl至R4中的操 作數(shù)Qa、 Qb、 Qc及運算數(shù)據(jù)Qd，。
在前述操作中，運算數(shù)據(jù)Qd，被存儲在寄存器R4中。在運算數(shù)據(jù)Qd， 被存儲在寄存器R4之前，需對原先存儲在寄存器R4中的操作數(shù)進行備份， 以避免原先存儲在寄存器R4中的此操作數(shù)被覆蓋而遺失。據(jù)理來說，原先 存儲在寄存器R4中的操作數(shù)被標示為Qe。如此，本實施例的影子寄存器 14，更用意在運算數(shù)據(jù)Qd被存儲在寄存器R4之前，存儲實質(zhì)上等于操作數(shù) Qe的備份操作數(shù)Qr2。因此，操作數(shù)Qe可在運算數(shù)據(jù)Qd被存儲在寄存器 R4時仍有效地被保存。
邏輯單元18，更接收備份操作數(shù)Qr2，并判斷數(shù)據(jù)處理裝置20是否執(zhí)行需參考操作數(shù)Qe的運算操作。當(dāng)數(shù)據(jù)處理裝置20即將執(zhí)行需參考操作數(shù) Qe的運算操作時，邏輯單元18，傳送備份運算數(shù)據(jù)Qr2至原先用以存儲操作 數(shù)Qe的寄存器，即寄存器R4。因此，數(shù)據(jù)處理裝置可有效地執(zhí)行需參考操 作數(shù)Qe來執(zhí)行的運算操作。
請參照圖6,其繪示依照本發(fā)明第三實施例的數(shù)據(jù)處理方法的流程圖。 本實施例的數(shù)據(jù)處理方法與第一實施例的數(shù)據(jù)處理方法在于步驟(d)之后還 包括步驟(e)及(f)。如步驟(e),邏輯單元18，輸出運算數(shù)據(jù)Qd，至寄存器R4。 之后如步驟(f),邏輯單元18系將自影子寄存器14，中存取得到的備份操作數(shù) Qrl，輸出至寄存器R3。
此外，在本實施例的數(shù)據(jù)處理方法中，步驟(b)還包括影子寄存器14，響 應(yīng)于控制信號SC1來對操作數(shù)Qe進行備份，并存儲備份操作數(shù)Qr2的操作。
本發(fā)明第一及第二實施例中的數(shù)據(jù)處理裝置可僅使用三個寄存器來執(zhí) 行運算操作，相較于傳統(tǒng)微處理器，本發(fā)明第一及第二實施例中的數(shù)據(jù)處理 裝置可使用較少的寄存器數(shù)目來執(zhí)行運算操作。另外，本發(fā)明第三實施例的
構(gòu)。如此，本發(fā)明第三實施例的數(shù)據(jù)處理裝置具有可與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝置的 控制指令相容的優(yōu)點。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一較佳實施例公開如上，然其并非用以限定 本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的 更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定者為準。
權(quán)利要求
1. 一種數(shù)據(jù)處理裝置，包括一寄存器組，包括多個寄存器，用以分別存儲多個操作數(shù)，所述寄存器中包括一第一寄存器，所述操作數(shù)中包括一第一操作數(shù)，其中，所述寄存器為n位寄存器，n為自然數(shù)；一影子寄存器，用以響應(yīng)于一第一控制信號來對該第一操作數(shù)進行備份，以得到并存儲一第一備份操作數(shù)，其中，該第一操作數(shù)被存儲在該第一寄存器中；以及一操作單元，用以響應(yīng)于一算術(shù)操作指令來對所述操作數(shù)執(zhí)行至少一算術(shù)操作以得到一運算數(shù)據(jù)，并存儲該運算數(shù)據(jù)至該第一寄存器中。
2. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述寄存器中還包括一第二 寄存器，該數(shù)據(jù)處理裝置還包括一邏輯單元，用以響應(yīng)于一第二控制信號來提供該第一寄存器中的該運 算數(shù)據(jù)至該第二寄存器，接著提供存儲在該影子寄存器中的該第一備份操作 數(shù)至該第一寄存器。
3. 如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)處理裝置，其中該邏輯單元更用以響應(yīng)于多 個選擇信號來分別提供所述操作數(shù)至該操作單元。
4. 如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)處理裝置，其中該影子寄存器更用以響應(yīng)于 該第 一控制信號來對該第二操作數(shù)進行備份，以得到并存儲一第二備份操作 數(shù)。
5. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)處理裝置，其中該運算操作指令為一乘加指 令，該操作單元對所述操作數(shù)執(zhí)行至少一相乘操作及至少一累加操作。
6. 如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述寄存器包括一第三寄存器及一第四寄存器，該第三及該第四寄存器 用以分別存儲一第三操作數(shù)及一第四操作數(shù)；及該操作單元用以對該第一、該第三及該第四操作數(shù)執(zhí)行一相乘操作及一 累加操作，以得到并存儲該運算數(shù)據(jù)。
7. —種數(shù)據(jù)處理方法，包括提供一寄存器組，該寄存器組包括多個寄存器，用以分別存儲多個操作 數(shù)，其中所述寄存器中包括一第一寄存器，所述操作數(shù)中包括一第一操作數(shù)；響應(yīng)于一第一控制信號來對該第一操作數(shù)進行備份，以得到并存儲一第一備份操作數(shù)，其中，該第一操作數(shù)存儲于該第一寄存器中；響應(yīng)于一運算操作指令來對所述操作數(shù)執(zhí)行至少一運算操作，以得到一運算數(shù)據(jù)；以及存儲該運算數(shù)據(jù)于該第一寄存器中。
8. 如權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)處理方法，其中所述寄存器包括一第二寄存 器，該數(shù)據(jù)處理方法還包括響應(yīng)于一第二控制信號來存儲該運算數(shù)據(jù)于一第二寄存器；及 存儲該第 一備份操作數(shù)于該第 一寄存器中。
9. 如權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)處理方法，其中對該第一操作數(shù)進行備份以 存儲該第 一備份操作數(shù)的步驟中還包括響應(yīng)于該第 一控制信號來對 一 第二寄存器中存儲的 一 第二操作數(shù)進行 備份，以得到并存儲一第二備份操作數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種數(shù)據(jù)處理裝置。該數(shù)據(jù)處理裝置包括寄存器組(Register BanK)、影子寄存器(Shadow Register)及操作單元。寄存器組包括多個寄存器，用以分別存儲多個操作數(shù)(Operand)。寄存器中包括第一寄存器，操作數(shù)中包括第一操作數(shù)。其中，這些寄存器為n位寄存器，n為自然數(shù)。影子寄存器用以響應(yīng)于第一控制信號來對第一操作數(shù)進行備份，以得到并存儲第一備份操作數(shù)。其中，第一操作數(shù)被存儲在第一寄存器中。操作單元用以響應(yīng)于算術(shù)操作指令來對操作數(shù)執(zhí)行至少一算術(shù)操作以得到運算數(shù)據(jù)，并存儲運算數(shù)據(jù)至第一寄存器中。
文檔編號G06F9/302GK101419542SQ20081009232
公開日2009年4月29日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者劉恕民, 陳俊裕 申請人:奇景光電股份有限公司